Управление котлом через Интернет: GSM-модули, связь через SMS, приложения для смартфонов

Можно считать, что всё оборудование, использующееся для отопления (и нагрева воды), состоит из двух основных частей — устройства выработки тепла и системы управления. Причём от типа оборудования это не зависит. У электрических обогревателей и котлов тепло вырабатывается на ТЭНах, у газовых и жидкотопливных — с помощью горелок, у тепловых насосов теплогенерация происходит за счёт работы довольно сложной системы, по принципу действия сходной с холодильником, солнечный коллектор улавливает тепло солнца… Устройства разные, а результат, в общем, один и тот же: в системе «появляется» тепло, которое нужно отвести к пользователю — распределить. Чем, собственно, и «занимается» система управления. И речь пойдёт именно о ней.

ОСОБЕННОСТИ СБОРКИ СИСТЕМЫ

Распределение тепловой энергии — лишь часть «обязанностей» системы управления. Если говорить о постоянно работающем отопительном оборудовании (а к таковому относятся практически все его виды, кроме разве что солнечных коллекторов, твердотопливных печей и котлов), данная система должна обеспечивать возможность постоянной работы с минимальным вмешательством пользователя. А для этого в неё надо ввести целый ряд элементов: датчиков, управляющих устройств и некую «схему», которая получает сигналы от датчиков и даёт команды управляющим устройствам.

Не стоит забывать и про желание пользователя обязательно порегулировать настройки, причём не на уровне «включил-выключил вручную», а как минимум с доступом плавного изменения температуры отопления, а лучше — по различным, заранее заданным программам. И чем сложнее система, тем больше возможностей она может предоставить. Разумеется, механические системы управления уступают по функциональности электронным.

Подавляющее большинство элементов системы управления для «домашних котельных» чаще всего смонтированы в корпусе прибора. Получается удобно и компактно, да и установка оборудования знаительно упрощается. В рядовых случаях достаточно «прикрутить» к котлу трубопроводы подачи топлива, отопления, ГВС и подключить электричество (разумеется, эту работу должен выполнять специалист). В оборудовании такого типа собраны все необходимые элементы, с помощью которых реально создать сравнительно простую систему. Их набор зависит в основном от конструкции оборудования, но перечень у сходных по назначению моделей более или менее одинаков: контроль производится с помощью ряда датчиков (температурных и других), изменение параметров — за счёт работы насосов и вентиляторов. В простых случаях такая система работает по принципу: «стало холодно — включил, потеплело — выключил». Но часто применяется более сложный тип управления — мощность нагрева может меняться в довольно широких пределах, чтобы свести количество включений и выключений к минимуму. При выходе за допустимые пределы срабатывают датчики, которые обычно отключают систему. Впрочем, не обязательно именно отключают. Например, почти все современные котлы оборудованы функцией антизамерзания: при снижении температуры срабатывает температурный датчик, и техника, наоборот, включается. Словом, нюансов тут много, но пользователя, да и установщика они почти не касаются. Максимум, что нужно — провести настройку оборудования, то есть «объяснить» ему, в какой именно системе он работает, установить ряд ограничений (это делает специалист при настройке) и задать необходимые параметры (это уровень пользователя).

Сравнительно крупное оборудование требует больших знаний от установщика. Например, если речь идёт о «напольном» котле или тепловом насосе, не исключено, что часть датчиков и исполнительных устройств придётся монтировать «на месте». Если в систему входит отдельный накопительный бак (бойлер), понадобится не только провести к нему трубы, но и сделать несколько электрических подключений. В сложных системах, управляющих несколькими отдельными контурами, почти наверняка надо будет «связать» систему с дополнительными циркуляционными насосами, смесителями, вводить дополнительные датчики… Большинство такого рода схем давно разработаны и отработаны, но для их реализации обязательно потребуется провести ряд расчётов и определиться с комплектацией. Прайс-листы всех производителей отопительного оборудования содержат не только «основные элементы» вроде котлов и бойлеров, но и множество «мелких деталей» — от комплектов крепежа до насосных групп в сборе.

Отслеживая «погоду» в доме, модуль управления Sensys от Ariston автономно принимает решение, стоит ли усилить или ослабить пламя горелки в котле. Таким образом, колебания температуры не достигают и половины градуса. При подключении к системе датчика температуры наружно­го воздуха, в расчёт будут браться и показатели погоды за стенами помещения

УПРАВЛЕНИЕ ИЗНУТРИ

Мы не будем вдаваться в особенности сборки систем отопления. Нас интересуют системы управления, причём те, которые действуют «на расстоянии». И прежде чем к ним перейти, остановимся на тех управляющих устройствах, которые стоят «внутри корпуса» котла или, как вариант, рядом с ним. В документации их называют «панелями управления», «контроллерами управления», «управляющими модулями» или как-нибудь похоже.

Обычно всё, что видит пользователь, — это панель с набором кнопок, переключателей и зачастую с ЖК-экраном. «Внутри» к такому блоку информация «приходит» не только от пользователя, но и от целого комплекта датчиков. И уже по результатам обработки блок «даёт команду» различным устройствам, а заодно выводит информацию на саму панель управления, для чего используется дисплей или светодиоды (в упращённом варианте). Отсюда можно сделать несколько выводов. Первый — чем сложнее система, тем выше требования к основному контроллеру. Второй — во многих случаях сложный контроллер вообще не нужен. Ведь системы отопления частных домов обычно сравнительно просты, а сложные появляются, если речь идёт о крупных объектах. Третий вывод следует из первых двух. Контроллеры для простых и сложных систем должны различаться.

Электроника управления стоит немало, ставить «продвинутый» контроллер в бюджетный котёл неразумно, придётся оплачивать и те возможности, которые всё равно никогда не будут задействованы. Именно поэтому производители предлагают несколько видов отопительного оборудования: простые с минимальным набором функций и более сложные — с возможностями расширения, поддерживающие подключение дополнительного оборудования. Например, если в системе требуется бойлер или нужно сделать погодозависимое регулирование, а основной контроллер такое не поддерживает,  — ставят более сложный. Впрочем, работу с бойлером или погодозависимое управление часто могут обеспечить и контроллеры «начального уровня» (хотя и не у всех производителей).

Бывают и более серьёзные случаи — например каскадное управление котлами или раздельное регулирование температуры нескольких отопительных контуров. Здесь может понадобиться не только «продвинутый» контроллер, но и подключение к нему дополнительных модулей расширения. У некоторых производителей такие модули устанавливают непосредственно в контроллер. Принцип такой же, как при сборке компьютера — есть несколько свободных гнёзд, которые при желании задействуют.

От управляющей электроники требуется не только поддерживать работу всех «прописанных» в системе элементов, но и изменять параметры в любой момент — включить или выключить технику, повысить или понизить температуру отопления, создать или запустить программу работы… То есть нужна обратная связь с пользователем, для этого предназначены дисплей и кнопки на панели управления.

Особенности ввода данных и отображения у разных производителей различаются, причём очень сильно, единого стандарта тут нет. Но есть несколько общих особенностей. Отопительное оборудование — техника сама по себе сложная. Ввод в эксплуатацию должен делать специалист, управлять — разумеется, пользователь. Поэтому на многих видах котлов и тепловых насосов предусмотрено несколько уровней «допуска». Конфигурирование оборудования — это занятие для «сервисменов», его могут делать, например, перестановкой различных перемычек внутри панели управления и/или с «сервисного» уровня введением соответствующих кодов. Особо останавливаться на этом не будем — информация доступна в документации, но это не дело пользователя. Все регулировки «сервисного» уровня тоже должен делать сотрудник обслуживающей организации, обычно их защищают от случайных изменений, например с помощью PIN-кода. На пользовательских уровнях разрешены только регулировки, не влияющие на работу техники. Таких уровней обычно один-два. Первый — для простых регулировок, второй, если есть, — для редко использующихся.

Конечно, подбор необходимой электроники нужно проводить заранее, при этом стоит учесть и возможность дальнейшей модернизации системы. А самое интересное из доступных возможностей для модернизации — дистанционное и удалённое управление.

Пульт управления Buderus Logamatic EMS plus RC 300

УПРАВЛЕНИЕ «С ПАНЕЛИ»

Хотя у разных производителей системы управления обычно различаются и по внешнему виду, и по некоторым особенностям, основные задачи у них одни и те же. Максимум настроек всегда можно провести с основной панели — той, которая вмонтирована в корпус (или выполнена отдельно и чаще всего ставится на котёл). Причём это и пользовательские, и сервисные настройки. В общем, с этой панели возможен «полный доступ». В понятие «для пользователя» всегда входит возможность ручной установки температуры отопления, ГВС (если есть), регулировки температуры по отдельным контурам (тоже, если они есть в системе и такая регулировка предусмотрена). Немало современных видов отопительного оборудования позволяют выбирать программы отопления из предварительно установленных или создавать их самостоятельно. Причём такие регулировки можно менять хоть по нескольку раз в сутки. Скажем, задаются три значения температуры: утром и вечером требуется максимальная, ночью её можно немного снизить — так комфортнее, днём, когда дома никого нет, тратить энергию незачем, можно ещё уменьшить мощность отопления. Примерно такая программа рассчитана для рабочих дней. На выходные она должна чуть отличаться — днём тоже требуется нагрев. Поэтому, кроме дневного регулирования, часто предусмотрена возможность и недельного — с установкой разных программ в зависимости от дня недели. Очень часто используется режим «вечеринка»: обычно нажатием одной кнопки на некоторое время «подменяется» программа отопления — задаётся максимальная заданная температура. Этот режим можно даже не отключать, его обычный срок действия — до первого изменения в программе. В режиме «отпуск», наоборот, отопительное оборудование поддерживает минимальную настроенную температуру, он отключается только вручную. У разных производителей встречаются и другие режимы. При работе отопительной установки совместно с бойлером возможна установка не только температуры воды в бойлере, но и нагрев по собственной программе: расход горячей воды максимален утром и вечером — значит, логично и греть её в основном к этому сроку. Или к любому другому — как настроить.

Далее, отопительное оборудование летом обычно не работает, а вот нагрев воды для ГВС чаще всего всё равно нужен. Это отдельный, летний режим эксплуатации. Стоит отметить, что при переходе на такой режим полного отключения не происходит — котёл время от времени автоматически даёт команды на запуск насосов и повороты клапанов управления в системе — чтобы не «закисли». Почти всегда есть режим антизамерзания, с приоритетом перед любым иным. Если наружная температура существенно понизится, котёл будет врёмя от времени включаться автоматически, чтобы не допустить «размораживания» системы.

Напоследок стоит заметить, что задача панели управления — не только информирование пользователя о настройках и режимах работы, но и сообщение об ошибках. И в сложной технике эти ошибки выводятся на экран в виде кодов или даже текстом.

ВИДЫ РЕГУЛИРОВАНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ

Прежде чем перейти к дистанционному управлению, потребуется ещё одно отступление.

Почти все котлы поддерживают возможность регулирования по температуре в помещении, очень многие — погодозависимого регулирования. В первом случае к контроллеру подключается «комнатный» датчик температуры, во втором — «уличный». Стоит отметить, что уровень сложности при погодозависимом регулировании гораздо выше. «Комнатному» датчику нужно только подавать сигнал на включение-выключение, если температура выходит за определённые пределы (определяются они изготовителем или на «сервисном» уровне), а вот в случае погодозависимого алгоритм работы сложнее: чем холоднее на улице, тем больше теплопотери и тем выше должен быть нагрев. Эту зависимость изображают в виде отопительных кривых.

Чаще всего в контроллер производителем «зашиты» около десяти таких кривых. Настройка производится в два этапа. На представленном графике «пучок» кривых сходится при температуре в 20 °C (отопление по её достижении отключится), но допустимо настроить и другую температуру — как бы «передвинуть» кривую по абсциссе и/или ординате. А нужную кривую из «пучка» выбирают в зависимости от характеристик помещения, проще говоря, тепловых потерь. Меньше потерь — ставят более пологую кривую, а вот «рай в шалаше» потребует установки «крутой» кривой и солидных затрат. Это довольно сложная настройка, но и используется она нечасто. В принципе при правильной установке один раз её вообще можно больше не трогать. Поэтому в меню её обычно убирают либо на «дальний» пользовательский, либо на сервисный уровень.

Комнатный регулятор температуры Vaillant даёт возможность пользователю самосто­ятельно управлять работой котла, исходя из температуры в помещении. Котёл может располагаться в другой части дома: на другом этаже или даже в подвале. Некоторые комнатные термостаты оснащены функцией, позволяющей запрограммировать темпера­турный режим на неделю, например снижать температуру в помещении в ночное время, или поддерживают особо экономичные режимы работы во время отсутствия хозяина дома

НЕ ПОДХОДЯ К КОТЛУ

Только в небольших жилых помещениях вроде квартир отопительное оборудование находится рядом с пользователем. В загородных домах, например, оно может быть установлено в отдельной комнате или вообще вне дома. Тогда вариантов для управления всего два. Или каждый раз бегать в котельную, или поставить систему дистанционного управления. Второй вариант, понятно, предпочтительнее, тем более что цена таких устройств в сравнении со стоимостью всей системы невелика. И вариантов тут обычно тоже предлагается несколько. В сравнительно простых устройствах управления «делегируется» минимум функций, но зато основных, из числа наиболее часто использующихся. Сложные пульты поддерживают почти все функции, которые можно реализовать с «основной» панели, разве что сервисные настройки на них выносят нечасто (хотя и тут бывают исключения).

Самая простая разновидность устройств управления — комнатные регуляторы. Их функция — только изменение температуры в доме или отдельной комнате. Минимальная комплектация такого регулятора — «крутилка» (ею устанавливают температуру) и датчик, обычно встроенный в корпус. Уровень задач, которые решаются такими устройствами,  — по большому счёту только включение и выключение котла. Для связи им достаточно всего двух проводов, по которым передаётся сигнал. «Замкнуто» — котёл включается, «разомкнуто» — выключается (или наоборот, это не принципиально). Регуляторы могут быть и гораздо более сложными, со встроенными электромеханическими или электронными системами, собственным питанием, «выносным» датчиком комнатной температуры… Важно то, что обратная связь не предусмотрена, то есть дать команду можно, а узнать что-то о состоянии системы нельзя. Фактически такие регуляторы реально установить на абсолютное большинство современных котлов, хотя, конечно, предпочтительнее модели одной марки.

Гораздо более сложные устройства — контроллеры дистанционного управления. Эти аппараты связываются с котлом с помощью шины — нескольких проводов, по которым подаются закодированные сигналы. Здесь уже легко реализуется обратная связь, то есть можно контролировать работу и оборудовать контроллер хоть всеми функциями, доступными с основной панели управления, включая сложные настройки и регулировки, изменение параметров отопительной кривой и выдачу кодов ошибок. Есть и небольшой недостаток. Для подачи сигналов оборудованию производители используют разные «языки» — протоколы управления. Так что возникает вопрос сопряжения техники, соединить отопительное оборудование и контроллеры разных марок обычно не удаётся (хотя исключения тут тоже бывают) .

Ещё одна разновидность систем дистанционного управления — «радиоустройства», чаще всего они относятся к контроллерам (вместо проводов для передачи данных применяют радиосигнал). Они включают в себя не только пульт, но и приёмник сигнала — отдельный блок или модуль, связывающийся с контроллером котла «по проводам». Приёмник может быть вмонтирован в панель управления либо размещаться на некотором удалении от котельной, ближе к передатчику. Преимущества — независимость от проводов,
а значит, меньший объём монтажных работ. Недостаток — не очень большой радиус действия внутри дома. За рубежом таких систем больше, чем у нас, ещё по одной причине — для официальной эксплуатации многих подобных устройств требуется оформление разрешения — получение лицензии. Занятие сложное и длительное, а потребность именно в «радиопультах» у нас не настолько велика.

Для управления через Интернет Viessmann предлагает модули Vitocom LAN. Они присоединя­ются к контроллеру отопительного оборудования и осуществляют связь с сервером через DSL-маршрутизатор. Управлять установкой можно через загруженное приложение Vitotrol App

ВДАЛИ ОТ ДОМА

В зимнее время отопительное оборудование — едва ли не основной элемент системы жизнеобеспечения всего дома. Если система перестанет работать, даже самый энергоэффективный дом окажется непригодным для проживания максимум через несколько дней, обычному может хватить и одних суток. За это время надо успеть либо починить систему, либо хотя бы запустить резервные теплогенераторы (в крайнем случае годятся тепловые пушки или обогреватели различных видов, хотя далеко не все они пригодны для жилых помещений). И тут первое, что требуется — оповещение хозяина об отказе системы. Если он находится дома, заметить снижение температуры можно в худшем случае спустя несколько часов, но если нет — то сразу после приезда. Обычно это уже поздно. Да и вообще, если в отсутствие людей температуру можно несколько снизить (это даст значительную экономию средств на отопление), то к их приезду лучше иметь дом, прогретый до приемлемой температуры. Для этого требуется дооснастить систему устройствами, позволяющими информировать владельца о состоянии системы отопления и проводить регулировку: как минимум — дистанционное включение (или выключение), а как максимум — полный комплекс возможностей, включая удалённое управление на сервисном уровне.

Для передачи таких данных есть два типа устройств. Первые, они проще, связываются «по телефону», через GSM-сети. Метод передачи информации — SMS-сообщения, которыми обмениваются владелец и отопительное оборудование.

Для одновременной реализации задач оповещения и дистанционного управления нам потребуется телекоммуникационный модуль со встроенным модемом и слотом для SIM-карты, поддерживающий обратную связь, и соответствующий контроллер в панели управления. Дальше всё довольно просто. Модуль ставят в любом подходящем месте (основное требование — устойчивый приём сигнала сотовой связи) и соединяют с панелью управления (контроллером) через шину. Причём не обязательно напрямую. Как уже говорилось, техника одного производителя «общается» друг с другом «на одном языке» — используя одинаковые протоколы управления. Так что вполне возможен вариант, при котором контроллеры котла, дистанционного управления и другие устройства, включая телекоммуникационный модуль, связываются в общую сеть и обмениваются данными по единой общей шине. Стоит напомнить, что такие шины встречаются только на котлах и контроллерах довольно высокого уровня (простые модели обратную связь не поддерживают, реализовать управление ими по телефону тоже теоретически можно, но об этом после).

Основные возможности данного метода — передача сообщений об ошибках и получение команд на запуск оборудования. Реализовывать более сложные функции затруднительно, но по крайней мере техника всегда находится под присмотром.

Второй способ управления более сложный — через Интернет, причём по возможности применяют «проводной Интернет». Мобильный, с помощью модема c SIM-картой, тоже годится, но считается менее надёжным. Конструкция такого контроллера совсем иная, модем ему не нужен. Модуль соединяется с сетевым оборудованием (маршрутизатором) или работающим компьютером, имеющим выход в Интернет. Сигналы передаются на специально выделенный удалённый сервер. Подключившись к нему, пользователь (или представитель обслуживающей организации) может увидеть все параметры, а при необходимости — и подкорректировать их. При таком решении реально управлять котлом точно так же, как и с обычной, «домашней» панели управления. Сообщения об ошибках в работе передаются на электронную почту или SMS-сообщением. В последнее время набирают популярность разновидности мобильных приложений для различного типа смартфонов. Это ещё удобнее — интерфейс таких приложений сходен с использующимся на панели управления. Стоит заметить, что возможность удалённого управления — услуга обычно платная. Или платить придётся за какие-то отдельные компоненты этого пакета, например «за оповещения» или «за мобильное приложение». Но стоимость такой услуги не настолько велика — ликвидация последствий возможной аварии обойдётся дороже.

НЕСТАНДАРТНЫЕ РЕШЕНИЯ

Дистанционное и удалённое управление обычно применяется на довольно дорогих котлах, поддерживающих работу с модулями той же марки. Кстати, многие модули могут передавать сигналы не только «от котла», но и от других видов оборудования, не обязательно отопительного. И управлять они тоже могут разной техникой. По крайней мере включать или выключать её. Тут тоже есть два возможных решения, но на этот раз начнём со сложного.

Система отопления встраивается в систему «умный дом». Принципы построения и работы такой системы сходны с дистанционным и удалённым управлением одним котлом: техника и управляющие устройства получают сигналы по общей шине, работают по заранее заданным программам — сценариям. Такие решения известны, но полностью их реализовать довольно сложно и затратно, к тому же немногие предлагаемые в России котлы поддерживают протоколы обмена данными, принятые для «умных домов».

А вот частичная реализация концепции «умного дома» — решение более простое и не затратное. Мало того, оно возможно и на более простых котлах начального уровня. При этом «связной» модуль может быть выбран даже другой марки, отличной от котла. Правда, такие решения менее удобны для управления отопительным оборудованием. К входам «связного» модуля присоединяют датчики охранной сигнализации (да и вообще любые датчики), к выходам можно подключить котёл или иное оборудование на усмотрение пользователя. Обмен информацией обычно производится «по телефону». Основной недостаток один — каких-то расширенных возможностей для управления он не имеет, максимум, на что способен, — включить и выключить отопление «по SMS» и отправить сообщение о срабатывании подключённого датчика (если говорить об отоплении, то, например, датчика, настроенного на снижение температуры ниже некоего критического уровня).

Впрочем, многие «продвинутые» элементы систем управления отопительным оборудованием тоже допускают и возможность подключения других датчиков, и включение-выключение сторонних электрических приборов и устройств. Разница обычно заключается в том, что «фирменные» устройства в первую очередь всё-таки рассчитаны на управление отопительным оборудованием, остальные функции — опциональны. А «сторонние» модули имеют больше возможностей (входов и выходов) для работы с разнообразной техникой (прежде всего — системами сигнализации), но вот возможности управления непосредственно котлом у них ограничены.

Ликбез опубликован в осенне-зимнем выпуске журнала «Потребитель. Всё для стройки и ремонта» ЗИМА 2014/2015